计算生物学在肿瘤治疗中的应用进展

计算生物学应用计算机理解生物学,通过复杂的算法建立计算机模型和数学模型,从而寻找肿瘤的弱点。计算机模型和肿瘤特点结合将生物现象转换为规则模拟,提高了临床决策的准确性。未来的量子计算生物学将进一步推动肿瘤治疗的进步。

基于人工智能和计算生物学的合成生物学元件设计

合成生物学是按照一定的规律综合已有的信息设计和构建全新的生物元件、装置和系统,或者重新设计已有的天然生物系统。合成生物学的核心在于设计、改造、重建或制造生物元件、生物反应系统、代谢途径与过程,乃至创造具有生命活动能力的细胞和生物个体,为解决人类发展在环境、资源、能源等方面面临的若干重大挑战提供新技术方案。毫无疑问,从DNA重组到基因电路设计,合成生物学的发展为众多领域带来全新的解决方案,优良的催化与调控元件是设计高效、鲁棒的系统的基础。然而,合成生物学的元件通常是天然的生物大分子,其固有的复杂性限制了对其工程化改造,导致合成生物技术的潜力未能得到充分发掘。随着人工智能(artificial intelligence,AI)与计算生物学的兴起和发展,有望助力该技术更好地发挥其价值。本文主要介绍了基于AI与计算生物学的不同类型的元件设计,聚焦催化元件、调控元件、传感元件三类元件的设计和前沿进展以及生物元件改造在合成生物学研究领域中的应用方面的研究进展。

可计算生物医学知识视角下诊疗规范知识计算化模式研究

[目的/意义]构建可计算生物医学知识视角下的诊疗规范知识计算化模式,推动“数据—知识—实践”循环进程,促进临床诊疗过程各环节决策制定协同发展。[方法/过程]通过文献调研,明晰诊疗规范知识计算化的必要性及应用价值,并在厘清诊疗规范概念、内涵,归纳诊疗规范数据来源、数据特征,提炼诊疗规范知识可计算化特征的基础上,遵循可计算生物医学知识核心思想和DIKW层级模型内涵,构建诊疗规范知识计算化模式并探索其实现路径。[结果/结论]构建“1-336”诊疗规范知识计算化模式立方体,包含1个核心目标、3个知识层级、3条实现子路径、6个关键环节,为各领域知识计算化研究提供理论支撑以及方法学参考和依据。

上海市计算生物学创新发展行动计划(2023-2025年) 沪科〔2023〕148号

为深入贯彻习近平总书记关于数字中国的重要指示精神,抢抓上海计算生物学创新发展的战略机遇,建设具有国际影响力的计算生物学创新高地,赋能生物经济和数字经济的发展,根据《上海市建设具有全球影响力的科技创新中心“十四五”规划》《上海市战略性新兴产业和先导产业发展“十四五”规划》,制定本行动计划。

计算生物学——一门充满活力的新兴交叉学科

在人类基因组计划的推动下,应运产生了由计算机技术、物理、化学、分子生物学等多学科相互渗透、融合而成的新兴交叉学科——计算生物学。介绍了计算生物学的产生背景、研究内容、研究方法、应用案例以及发展前景。

复杂疾病基因鉴定的计算生物学方法

过去20多年复杂疾病易感基因鉴定的主要方法是连锁分析和关联研究。因为连锁分析确定的数量性状位点通常很宽,加之对区域内大部分基因的功能以及基因功能和疾病之间联系的认识十分有限,所以从数量性状位点到基因的识别是一个挑战。近年来发展了一些利用公共数据库的信息预测疾病易感基因的计算生物学方法。文章简要介绍了DGP、GeneSeeker、Prioritizer、PROSPECTR and SUSPECTS及Endeavor5种计算生物学方法的基本原理,以2型糖尿病/肥胖和骨质疏松症易感基因的预测为例说明它们的应用方法,并讨论了这些方法的局限及应用前景。

计算生物学中的高性能计算(Ⅰ)—分子动力学

分子动力学是高性能计算应用的重要领域,大量的高性能计算资源或机时被用于分子动力学模拟。描述了分子动力学的计算方法和特点,包括常用并行算法、性能改进方式等,介绍了常用的分子动力学大规模并行计算软件及其功能特性,最后展望了分子动力学模拟的发展与挑战。

计算生物学中有关基因组翻转距离的NPC问题

Problems of computing the reversal distance between genomes are discussed. Problems of computing the reversal distance between genomes are fundamental problems of Computational Biology, these problems have important meanings in studying the biological race evolution and the bio-pharmaceuticals etc. The problem of evolutionary trees based on reversal distance between genomes and it's NPC property are especially discussed.

基于计算生物学方法的小容量单域抗体库的构建及食品中雌二醇特异性抗体的筛选

目的构建骆驼源单域抗体实体库和虚拟库,为快速筛选检测食品中小分子污染物的特异性抗体提供新方法。方法通过基因克隆、一代测序、同源性分析的方法构建骆驼源单域抗体基因库,通过二级结构分析和同源建模的方法建立单域抗体的三维结构虚拟库,利用分子对接技术实现雌二醇特异性抗体的虚拟筛选,并以雌二醇小分子为靶标进行初步验证。结果构建的小容量单域抗体库含有2000株抗体,每一株抗体的遗传背景、蛋白质结构及抗体抗原互补决定区(CDR)的信息清晰;通过分子对接得到结合雌二醇小分子能力最高的一株抗体的半经验结合自由能绝对值为9.56;相互作用分析结果显示,单域抗体结构中和雌二醇小分子发生相互作用的主要为3个CDR区形成的loop结构,经间接ELISA验证,其和雌二醇结合的50%抑制率(IC50)值为20 ng/ml,检测限(LOD,IC10)为4.097 ng/ml。结论通过计算生物学和基因工程技术相结合的方法构建的骆驼源单域抗体库,针对食品中常见的激素类兽药雌二醇,可以筛选得到背景清晰、具有较高亲和力的特异性抗体。

人精子特异性乳酸脱氢酶结构和功能的计算生物学分析

精子特异性乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH),又称乳酸脱氢酶C4(lactate dehydrogenase C4,LDH-C4),特异性地存在于哺乳动物发育成熟的睾丸组织中,与精子的生成、代谢、获能等有密切关系.根据GenBank数据库中人LDH-C4氨基酸序列(P07864),利用PROSITE数据库预测人LDH-C4的功能基序;利用Clustalw2、TreeView1.6.6进行LDH-C4进化树的构建;利用I-TASSER软件预测人LDH-C4的二、三、四级结构以及功能位点.结果表明:在190!196位有1个LDH活性位点,该位点为脊椎动物各亚型乳酸脱氢酶共有的催化位点,为进化中的1个保守序列;从进化树来看,LDHC和LDHB的亲缘关系比较近;人LDH-C4与小鼠LDH-C4的二级、三级结构具有很高的相似性;LDH-C4属乳酸脱氢酶-苹果酸脱氢酶(LDH-MDH)超家族中的LDH-1(cd05293)家族的成员,属于NAD依赖性酶,拥有LDH-1家族具备的基本结构特点.以上结果为研究LDH-C4基因突变对其功能的影响打下基础.

计算生物学本科教学探讨

介绍了生物信息学专业学生《计算生物学》本科教学现状,从教学的不同环节总结了教学中的经验,并就如何提高教学效果、培养跨学科的生物信息学人才做了积极的探索,以促进《计算机生物学》的教学改革。

人结肠癌第二代RNA测序数据的计算生物学研究流程

目的以人结肠癌RNA测序数据分析为例,介绍新一代高通量中的RNA-seq技术在转录组与基因表达谱方面的应用。方法基于Linux平台的开源分析软件和人结肠癌RNA测序数据,建立完整的RNA-seq测序数据处理和分析流程,并对其中的软件选择、质量控制、下游分析进行讨论。结果基于现有主流的RNA-seq计算生物学分析技术,建立起了一套免费开源的RNA测序计算生物学处理和分析流程,并从中鉴定出了数个在结肠癌表达中存在显著差异的基因。结论这项研究为RNA-seq数据清理、计算建模和分析提供了具有良好操作性的方案。作为一个临床肿瘤RNA-seq研究范本,以供从事于类似研究的临床科研工作者参考。

彩色编码技术在计算生物学中应用研究

计算生物学的主要目的是运用理论模型和数值计算研究生命科学。近些年来,它已经逐渐成为当今生命科学和自然科学的核心领域和最具活力的前沿领域之一。彩色编码技术是目前算法领域重要的参数化技术之一。基于该技术的算法也将带来了计算生物领域中一系列突破性进展。本文在详细分析彩色编码技术的发展和研究现状的基础上,重点介绍该技术在当今计算生物学领域的最新应用现状。

计算生物学中的高性能计算(Ⅱ)—序列分析

序列分析是高性能计算应用的一个重要方向。随着高通量测序技术的发展,基因数据呈现爆炸性增长,对高性能计算的需求也更加迫切。介绍了高性能计算在序列分析中的应用和序列分析算法的并行实现,包括序列比对、检索、重测序、拼接等。

计算生物学交叉专业建设探索与实践

针对现代生命科学实验数据海量化、复杂化的发展趋势,四川大学率先在国内开展了计算生物学交叉专业的建设,培养能够解析、研究并处理超复杂性生命数据的交叉复合型人才。文章探讨了四川大学计算生物学交叉专业建设的一系列举措,以期为其他交叉专业建设提供可借鉴的经验。

计算生物学在杂交稻全生育期抗热性评价中的应用

采用玻璃温室增温法,以产量及其性状(穗长、一次枝梗数、二次枝梗数、总粒数、空粒数、穗数、千粒重、结实率、着粒密度和单株产量)的抗热响应、感热指数和几何均值为抗热性指标,对37个杂交稻组合进行了全生育期抗热性的评价。结果表明,不同杂交稻组合产量及其性状对全生育期高温的响应、感热指数和几何均值存在着显著基因型差异,对高温的响应和性状感热指数以二次枝梗数为最大和结实率为最小,性状几何均值以空粒数为最大和穗长为最小。相关分析发现,千粒重、结实率的性状响应和感热指数与抗热系数呈极显著相关,总粒数和着粒密度的几何均值与抗热系数呈极显著相关。以综合响应、性状热感指数和性状几何均值的综合抗热力为依据对杂交稻组合的抗热性进行聚类和判别分析发现,三种间接评价方法结果与抗旱系数直接评价结果并不完全一致,吻合度最好的是性状热感指数(70.27%),而综合性状居中(59.50%),性状几何均值最差(48.65%)。因此,产量性状感热指数的综合抗热力可作为杂交水稻抗热性间接评价的可靠方法和指标。

计算生物学的学科进展及其人才的缺乏（英文）

现今的生物医药学研究很大程度上得益于生物技术的发展,这些生物技术产生了大量的生物学数据。如何更好地整合并运用错综复杂的生物学数据来支持和驱动生物医药学的研究显得尤为重要。计算生物学覆盖并融合了众多学科,包括计算学、生物学、医学、化学、药学、数学、统计学。本研究简要介绍了计算生物学科,阐述了培养计算生物学人才的迫切需要,并讨论了其现状和机遇。

谱写基因人生 成就科研栋梁——记中科院计算生物学研究所研究员徐书华

1978年春,时任中国科学院院长的郭沫若在全国科学大会闭幕式上发表了题为《科学的春天》的讲话,指出中华民族＂民族历史上最灿烂的科学的春天到来了＂,号召广大科学工作者和青少年＂张开双臂,热烈地拥抱这个春天＂。这次激情洋溢的讲话激发了无数青年人立志从事科学研究的热情。

计算生物学

计算生物学（computational biology）是一门典型的交叉学科，涉及的学科包括数学、统计学、化学、物理学、生物学和计算机科学等。就整个学科的内容而论，计算生物学最终是以生命科学中的现象和规律作为研究对象．以解决生物学问题为最终目标，数学和计算机仅仅是解决问题的工具和手段。计算生物学的研究范畴相当广泛。几乎渗透到现代生物学研究的每一个领域。对于这样一门学科，大家有不同的认识，要给出一个既全面又精准的定义实非易事。

基于PBL的研讨式教学在计算生物信息基础课程中的探索与实践

结合东北林业大学计算生物信息基础课程教学改革的探索和实践,阐述了计算生物信息基础课程的教学现状、基于PBL的研讨式教学模式、实践应用以及遇到的问题和解决方案,探讨了开展问题导向研讨式教学的必要性和可行性。在计算生物信息基础课程教学中,为提高本科生的主动学习能力、团结合作能力、数据分析能力、科研实践能力,提供了可借鉴的课程教学改革经验。